微波计算成像的性能分析与优化
发布时间：2021-06-25 15:08
随着成像理论的发展,创新性的计算成像概念成为广泛关注的研究热点。由于完全以间接的形式对目标进行探测,因此其将成像的负担从系统硬件转移到了探测形式及重构算法的设计与优化。将计算成像的概念应用于微波成像,即诞生了具有很大的探测形式自由度的微波计算成像体制。微波计算成像的提出有效地降低了系统硬件的负担,同时其更一般化的电磁成像模型也为以更高的理论层面来探究微波成像的本质提供了理论基础。作为一种全新的微波成像体制,微波计算成像在面临着经典的目标非线性和反演病态性问题的同时,也亟需完善其成像性能的理论分析和对作为探测手段的辐射场的优化研究。以此为方向,本文依次开展了四项研究工作,分别对应了理论模型、相关性分析、目标非线性以及极化多样性优化的相关内容。在第一项研究工作中,本文利用Green函数构建了微波计算成像的电磁模型,并结合数值仿真初步探究了微波计算成像模型的基本特征,确定了以测量互相关性最小化为优化目标。借助强迫正交化思想,本文提出了基于带算子内积的辐射源强迫正交化的优化方法。在第二项研究工作中,本文以Fourier变换为工具,得到了天线的等效辐射源与测量的互相关性之间的关系,探究了成像场景...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３微波计算成像系统的工作流程示意图Ｍ??由于辐射场如图中一样具有类似散斑的形式，部分学者将微波计算成像称为微??波散斑成像
?第１章绪?论???⑷⑶?ｚ?（ｃ）＾ｒ１３??１??图１－４从“直接测量”到“间接测量”的探测形式的演化Ｗ??１．１．３微波计算成像的优势??作为一种全新的成像体制，微波计算成像对目标的间接测量形式将成像的??负担从硬件条件转移到了辐射场／辖射源的设计与重构算法上。这给微波成像系??统形式带来了更大的灵活度，摆脱了对机械运动以及密集的复杂电子器件组成??的阵列夭线的依赖，从而降低了系统的硬件负担。对目标探测形式的多样化使??得微波计算成像大幅提高了目标空间采样效率。相比于传统微波成像的信号传??播模型，微波计算成像所使用的电磁模型对电磁辐射空间信息的利用也会更加??充分。值得一提的是，由于探测形式灵活度的提高，发射信号带宽也不再是微??波成像的必要条件，这给单频点成像带来了可能＾３４］。??近些年来，电磁超材料因其具有的前所未有的电磁波控制能力而得到了广??泛的关注［３５＿３９］。借助于超材料，天线可以更灵活地控制福射，产生以往使用传??统材料难以生成的辐射常微波计算成像框架恰好可以充分利用超材料对电磁??辐射极大的控制灵活性，以产生符合计算成像需求的特殊辐射场＾５１。因此，微??波计算成像在电磁超材料的协助下具有非常好的应用前景［３５，４１，４２］。??最后，在理论研宄层面，微波计算成像作为一种更广义的微波成像体制，??其包括了传统理论的同时，也从更高的层次解释了成像的基本原理。作为通用??理论框架，微波计算成像为新成像体制的发展和研究提供了一个便捷的平台。??１．?１．４微波计算成像面临的主要问题??微波计算成像求解一个第一类非线性Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程，属于一类典型的??逆问题。与其他此类逆
ｎ函数的?＿接于交间Ｆｏｕｒｉｅｒ?极化多样件Ｍ??矢量模型?变换的相关性分枳?测ｔ相关性的关系??＿成像模型的?＿基于线性正则变换?？?＿极化多样性的??￣驻本特性分析?￣的相关性分析?—基本特性分析??产．．．：５一?．．?５?二」；，ｎ．￣ｆ?■．１．?＇￣￣?．．．—?＇??Ｕ分数阶变换与变换?＿＿基－】：？离散偶极子近?微波暗室女验的??＇?域采样的特殊形式?似的金波仿萁验ｉｉＨ?验证??ｖ?Ｍ?难?ｓｉ??图１－５本论文主要研宄内容的框架结构图??第一个研宄内容中，首先将构建微波计算成像的电磁模型。作为电流或磁??流矢量到电场矢量的映射函数，并矢Ｇｒｅｅｎ函数是微波成像模型构建过程中简??单而有效的工具。本文首先给出了利用并矢Ｇｒｅｅｎ函数构建矢量成像模型的过??程。作为对比，随后也给出了利用标量Ｇｒｅｅｎ函数构建矢量模型的过程。二者??殊途同归，最后具有相同的形式，证明了电磁互易性是微波计算成像电磁模型??的基矗此部分的研究内容还利用利用理想偶极子阵列构成的数值仿真初步探??讨了微波计算成像模型的基本特性，验证了作为测量手段的辐射场的特性与微??波计算成像系统成像性能之间的关系。最后，针对前面对于模型基本特性和基??本问题的分析，提出了基于带算子内积［９１］的强迫正交化的辐射源优化设计。此??优化过程可以将微波计算成像系统的测量互相关性最小化，从而实现了成像性??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间分布熵的随机辐射源布局优化[J]. 刘波,张健霖,王东进. 现代雷达. 2019(03)
[2]基于压缩感知的进动目标ISAR成像方法[J]. 刘记红,徐少坤,韩国强,魏雁飞. 雷达科学与技术. 2017(04)
[3]前视SAR成像技术的发展和展望[J]. 庞礴,代大海,邢世其,王雪松. 系统工程与电子技术. 2013(11)
[4]基于MIMO雷达虚拟阵列的近场目标定位[J]. 郭艺夺,谢辉,张永顺,宫健,沈堤. 雷达科学与技术. 2012(01)
[5]数学物理逆问题中测量信息的熵描述[J]. 李静,黄卡玛,赵翔. 中国科学（E辑:技术科学）. 2008(03)
[6]线性正则变换的卷积定理及其应用[J]. 邓兵,陶然,王越. 中国科学（E辑:信息科学）. 2007(04)
硕士论文
[1]旋转目标微波凝视关联稀疏成像方法研究[D]. 王叶斌.中国科学技术大学 2019
本文编号：3249429
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３微波计算成像系统的工作流程示意图Ｍ??由于辐射场如图中一样具有类似散斑的形式，部分学者将微波计算成像称为微??波散斑成像
?第１章绪?论???⑷⑶?ｚ?（ｃ）＾ｒ１３??１??图１－４从“直接测量”到“间接测量”的探测形式的演化Ｗ??１．１．３微波计算成像的优势??作为一种全新的成像体制，微波计算成像对目标的间接测量形式将成像的??负担从硬件条件转移到了辐射场／辖射源的设计与重构算法上。这给微波成像系??统形式带来了更大的灵活度，摆脱了对机械运动以及密集的复杂电子器件组成??的阵列夭线的依赖，从而降低了系统的硬件负担。对目标探测形式的多样化使??得微波计算成像大幅提高了目标空间采样效率。相比于传统微波成像的信号传??播模型，微波计算成像所使用的电磁模型对电磁辐射空间信息的利用也会更加??充分。值得一提的是，由于探测形式灵活度的提高，发射信号带宽也不再是微??波成像的必要条件，这给单频点成像带来了可能＾３４］。??近些年来，电磁超材料因其具有的前所未有的电磁波控制能力而得到了广??泛的关注［３５＿３９］。借助于超材料，天线可以更灵活地控制福射，产生以往使用传??统材料难以生成的辐射常微波计算成像框架恰好可以充分利用超材料对电磁??辐射极大的控制灵活性，以产生符合计算成像需求的特殊辐射场＾５１。因此，微??波计算成像在电磁超材料的协助下具有非常好的应用前景［３５，４１，４２］。??最后，在理论研宄层面，微波计算成像作为一种更广义的微波成像体制，??其包括了传统理论的同时，也从更高的层次解释了成像的基本原理。作为通用??理论框架，微波计算成像为新成像体制的发展和研究提供了一个便捷的平台。??１．?１．４微波计算成像面临的主要问题??微波计算成像求解一个第一类非线性Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程，属于一类典型的??逆问题。与其他此类逆
ｎ函数的?＿接于交间Ｆｏｕｒｉｅｒ?极化多样件Ｍ??矢量模型?变换的相关性分枳?测ｔ相关性的关系??＿成像模型的?＿基于线性正则变换?？?＿极化多样性的??￣驻本特性分析?￣的相关性分析?—基本特性分析??产．．．：５一?．．?５?二」；，ｎ．￣ｆ?■．１．?＇￣￣?．．．—?＇??Ｕ分数阶变换与变换?＿＿基－】：？离散偶极子近?微波暗室女验的??＇?域采样的特殊形式?似的金波仿萁验ｉｉＨ?验证??ｖ?Ｍ?难?ｓｉ??图１－５本论文主要研宄内容的框架结构图??第一个研宄内容中，首先将构建微波计算成像的电磁模型。作为电流或磁??流矢量到电场矢量的映射函数，并矢Ｇｒｅｅｎ函数是微波成像模型构建过程中简??单而有效的工具。本文首先给出了利用并矢Ｇｒｅｅｎ函数构建矢量成像模型的过??程。作为对比，随后也给出了利用标量Ｇｒｅｅｎ函数构建矢量模型的过程。二者??殊途同归，最后具有相同的形式，证明了电磁互易性是微波计算成像电磁模型??的基矗此部分的研究内容还利用利用理想偶极子阵列构成的数值仿真初步探??讨了微波计算成像模型的基本特性，验证了作为测量手段的辐射场的特性与微??波计算成像系统成像性能之间的关系。最后，针对前面对于模型基本特性和基??本问题的分析，提出了基于带算子内积［９１］的强迫正交化的辐射源优化设计。此??优化过程可以将微波计算成像系统的测量互相关性最小化，从而实现了成像性??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间分布熵的随机辐射源布局优化[J]. 刘波,张健霖,王东进. 现代雷达. 2019(03)
[2]基于压缩感知的进动目标ISAR成像方法[J]. 刘记红,徐少坤,韩国强,魏雁飞. 雷达科学与技术. 2017(04)
[3]前视SAR成像技术的发展和展望[J]. 庞礴,代大海,邢世其,王雪松. 系统工程与电子技术. 2013(11)
[4]基于MIMO雷达虚拟阵列的近场目标定位[J]. 郭艺夺,谢辉,张永顺,宫健,沈堤. 雷达科学与技术. 2012(01)
[5]数学物理逆问题中测量信息的熵描述[J]. 李静,黄卡玛,赵翔. 中国科学（E辑:技术科学）. 2008(03)
[6]线性正则变换的卷积定理及其应用[J]. 邓兵,陶然,王越. 中国科学（E辑:信息科学）. 2007(04)
硕士论文
[1]旋转目标微波凝视关联稀疏成像方法研究[D]. 王叶斌.中国科学技术大学 2019
本文编号：3249429
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